6月初，我國科研領域又爆出個大突破：由吉林大學主要承擔研發的“地殼一號”萬米鉆機正式宣布完成“首秀”，完鉆井深7018米，創造了亞洲國家大陸科學鉆井新紀錄！

    在這一項目中有一個我們很多人都熟悉的名字：黃大年，沒錯！就是那個“他的回國，讓某國當年的航母演習整個艦隊后退100海里”的黃大年。參與“深部探測技術與實驗研究專項”是黃大年回國后的第一項重要任務——擔任專項第9項目“深部探測關鍵儀器裝備研制與實驗項目”負責人。“深部大陸科學鉆探裝備研制”課題是該項目的第五課題，由吉林大學副校長孫友宏任課題負責人，主要任務就是研制“地殼一號”萬米鉆機。

    這一我們并不熟悉的突破，并沒有引起太多的關注。但是，科學鉆探其實是探索地球深部內容和開發地下資源唯一最直接的技術手段，深部大陸科學鉆探裝備是打開地球奧秘之門的鑰匙。

    目前人類對于宇宙空間的探索是飛速發展，但是對于地球的內部結構的了解卻很少，如果要親眼見見地球內部，我們只能借助于鉆井技術，那么世界上最深的鉆井有多深呢？有沒有打穿地殼呢？地下高溫影響和廢棄物是怎么處理的呢？

    其實，世界上最深鉆井記錄也只有12公里左右，在相當長的一段時間里，位于挪威臨近的科拉半島上由蘇聯人創造的科拉超深鉆孔是世界最深的鉆井，深度為12262米，上部直徑92cm，下部直徑21.5cm。這個記錄在2008年和2011年被在卡塔爾的阿肖辛油井（12,289米）和俄羅斯在庫頁島的Odoptu OP-11油井（12,345米）兩次打破，現時排名世界第三。

    因此，12公里的深度，這與地球平均半徑6371公里相比，僅是薄薄的一層。還遠未達到，探索地球內部結構的程度，我們上學時對于地球的內部結構的學習，是根據地震波的探測將地球內部劃分為地殼、地幔和地核，但是對于地球的內部我們幾乎沒有真正親眼見過。

    從理論上說，鉆超深洞的過程非常簡單，就是將這樣的一臺旋轉鉆機安裝在一條鉆桿的底部就可以了。當它鉆到此洞底時，威力強大的發動機將會鉆破洞底，這樣此洞就會不斷加深。液體不斷從此洞中旋轉著進進出出，以冷卻鉆頭并維持此鉆洞的穩定性。當鉆頭磨壞后，工人就會另換一個。

    鉆地所用的鉆頭

    雖然鉆洞的基本原理眾所周知，但是鉆一個超深洞卻是一項非常困難的工作。在鉆到地表下如此深的地方時，期間前蘇聯就遇到了一系列技術問題。包括高溫、壓力和固井困難的問題。好不容易攻克了12000米的極限，卻發現繼續向下鉆的代價卻是巨大的，因為最后的262米，足足鉆了十個年頭。

    我們都知道越靠近地球內部，地下溫度會越高，而且呈現每向下鉆探100米，溫度升高3℃的規律，地下7千米的地方溫度就高達210℃，此時的牙輪鉆頭的冷卻問題就變的十分嚴峻了，除了采用耐高溫的超級合金之外，鉆井液也能起到一定的作用。

    其實，對于鉆井作業來說，鉆頭是至關重要的，下面這個視頻石油天然氣鉆井時所用的鉆頭介紹，據說是世界上硬度最高的鉆頭，一顆價值超40000美元！

    有了耐用的鉆頭，還要匹配又輕又結實的鉆桿才繼續深鉆，雖然鋼制鉆桿堅固，但是通過螺栓連接起來一旦超過10000米，就會變得和面條一樣柔軟，而且還有好幾百噸的自重，這在工程和材料學上又是阻礙超深鉆探發展的原因。

    深度繼續不斷下降，地殼對于鉆孔的壓力就變得十分巨大，如果沒有十分可靠的固井措施，鉆桿一旦離開鉆井更換牙輪，剛剛鉆好的探井就會塌方，而且地下的情況往往無法預測，時刻面臨著壓力的不均衡，為了防止井壁松軟和地層坍塌，在下鉆的同時必須下入套管和封井器來起到固定作用。

    當鉆探深度達到9500米時，鉆頭鉆進了一個含有黃金和鉆石的地層。取出的巖芯經分析表明，金含量居然高達80克/噸。

    要知道金含量達到4克/噸的金礦層就具有商業開采價值，地球表層中很少能找到金含量超過10克/噸的礦層，相比之下這里幾乎是金子的寶藏。但是以目前的技術手段來說，想要開采它們那幾乎是不可能的。

    相比于蘇聯的“不慫就是干”的暴力美學，美國人的想法聽起來就要好多了，他們在海底進行鉆探工作，因為，地殼并不是平均分布在地球表面上的，比如地殼在陸地上平均厚度為40公里，到了海底就變成了5～10公里，如果美國人能在海底能打出科拉深鉆，那就算是把地殼打穿了。

    想要在海上進行鉆探活動必須要具有兩個條件，第一是要把鉆井及其附屬設備支托在海面上，第二是要在鉆機和海底口之間形成一個引入鉆頭和導出沖洗液的孔道，有了這兩個條件之后，就可以像陸地鉆井那樣工作了。可惜的是美國的“莫霍面鉆探計劃”由于實施該計劃技術難度大且費用高昂，1966年8月美國國會撤銷此項計劃。

    目前為止，依然把鉆井及其附屬設備支托在海面上的叫做“海上鉆井裝置”，安裝鉆井及附屬設備，并提供工作場地的上部結構叫“平臺”，平臺有兩層或者更多的支撐面，像船艙那樣的結構。一般有五種形式，分別是固定式、整體升降式、樁腳上升式、半潛式和船式。除了固定式以外，其余的四種結構都可以在牽引作用下到其他地方鉆探。

    不論哪種方式，人類向地心探索，是繼宇宙探索外的另一項偉大成就，雖然記錄不過12公里，這與地球平均半徑6371公里相比，僅是薄薄的一層。但就是這薄薄得一層里，記錄著早期地球歷史、氣候與生物圈的范圍、隕石沖擊與群集滅絕、礦床成因、火山系統、盆地演化與油氣成因、地震機制。對其深入研究對人類發展的意義是不言而喻的。

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責任編輯：王元

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